3D传感市场空间广阔,AR落地带领3D传感渐入佳境

 “近大远小”是客观事物存在的表象,人体肉眼对其的捕捉显得如此自然。但是对于简单的机器而言,在失去深度(物体远近)信息的情况下难以变现空间上的距离,容易产生失真的现象。就如前几年一张“鸽子为什么这么大”的图片火遍全网,其本质原因就是单图像传感器难以体现深度信息,显得图中的鸽子格外巨大。在人工智能、万物互联的时代驱使下,机器对现实世界的模拟和重现具有重要意义,否则机器对现实世界的认知存在偏差,极易做出错误的判断。在精细化遇到瓶颈的情况下,为了更好地还原、接近人眼感受到的世界,图像传感器的发展趋势是三维化。

3D传感不会完全替代传统2D传感,而是互为补充

    随着人工智能技术不断推进,人们对于其他相关技术也提出更高的要求,而3D传感扩宽了图像传感器的应用范围,2D传感向3D传感的过度成为必然的趋势。但出于成本和具体应用场景的考虑,我们认为3D传感将不会完全代替2D传感。也正如我们目前在科研、安防、工业等领域依然使用黑白图像传感器和低精度图像传感器一样,未来2D传感仍将占有图像传感的一席之地。3D传感拓展的应用范围主要是更高精度的场景以及运动场景。

    3D传感发展的瓶颈主要是精度,不同的技术路线在不同距离下的精度不同。

    3D传感技术主要分为结构光、TOF和双目视觉,不同的技术路线决定了精度曲线,进而决定应用场景。

    双目视觉的精度取决于基线距离,对体积要求较高,较少应用于消费电子;结构光的精度取决于点阵密度,因此不适用于远距离场景。结构光利用的是“形变"原理,当光打到物体表面时候,势必会因为物体表面的凹凸不平导致投影偏移。摄像头可以记录并进行分析,产生深度图像。

    在iPhone X上,苹果将这项技术放到了人脸识别中,投放的是点阵。而为了保证识别精度,点阵投影器和接收器需要保留一定的距离。且结构光不抗强光,白天投射出来的激光点阵,很容易被强自然光淹没。当物体距离相机较远时,物体上投射到的图像或光点越大,精度也越差,所以,结构光近距离体验占优,但无法在远距离上发挥优势。

    TOF的精度取决于单位测量时间,未来D-TOF将是远距离应用的关键。其与结构光投射点阵不同的,其投射的是一整个面,根据红外线的反射时间来计算深度信息。它测量某物(激光、光、液体或气体粒子)飞行一定距离所需的时间,从而构建三维图像。其能在更远的距离上实施,弥补结构光在远距离上的不足。

手机是3D传感技术最大的下游市场,但渗透率约为20%,仍存在较大的发展空间

    互联网普及的时代,手机成为现代人几乎人手一台的智能移动终端,成为3D传感技术被大众接触的最合适的切入口。手机无疑是3D传感在消费电子市场中占比最大的那一个。

2016年联想推出的PHAB开创了3D传感技术应用于手机的先河。而3D传感技术真正被广为人知是2017年苹果公司发布的iPhone X技术搭载的前摄Face lD方案,正是结构光技术实现的3D传感,主要应用是人脸识别解锁、支付。

    此次人脸识别的应用在当时掀起短暂的波澜,被外界称为“一旦应用就回不去”的新一代生物传感技术。但是国产手机推出的具备屏下解锁功能的全面屏手机更胜一筹。FaceID的“刘海屏”广受诟病,且其主打的人脸识别解锁应用在便捷度上并未明显优于屏下指纹解锁,对用户的体验提升不大。在2018年,部分国产手机尝试过使用结构光人脸识别技术,但是由于供应链未成熟、反馈不佳等种种原因,续代机型中未继续使用。2019年,LG、华为发布了带前摄TOF的手机,“刘海”显著缩小,且拓展了手势识别等新应用,为前摄3D传感打开了新思路。

    2019年全年智能手机出货量达13.7亿台;而全球使用3D传感的机型约2亿台,其中非苹果机型仅数千万台。2020年随着苹果开始使用后摄3D模组、非苹果机型开始逐步渗透,在可预见的未来市场仍有很大的上升空间。

全球3D传感市场空间迅速扩张,预计2025全球市场规模可达150亿美元

    截至2019年全球3D传感市场空间达50亿美元,其中消费电子领域为20亿美元,约占总规模的40%。

    当前,人脸识别和摄影辅助是3D传感技术应用于手机的主要场景。利用3D传感技术的人脸识别的优势在于无接触、高精度、安全,其与指纹识别、虹膜识别等形成竞争;摄影辅助用的3D传感主要用于景深分割及对焦,目前主要应用于高端手机,正在逐渐往中端手机渗透。

    然而,上述运用3D传感技术的人脸识别和摄影辅助应用并不是人们生产生活所必须的功能,其替代性很强,这种“可选可不选的”的功能难以体现3D传感的强大,更别说成为人类社会进步的齿轮。而从“可选可不选的”的功能成为“必选”的技术需要一个关键产品来普及、使3D传感下沉至更多应用场景中,这便是AR应用。

AR技术需要使用3D传感定位,是成为“必选”的关键

    我们认为3D传感从“可选可不选的”到“必选”的关键在于AR技术的应用和普及化。AR技术强调人类和机器的和谐统一,通过计算机辅助增强现实中的功能。AR眼镜也被认为是下一代的移动终端。只有2D传感的AR设备是不完整的,不可能与3D世界完成合理的交互。AR生态设备都必将搭载3D传感。

3D传感是未来人工智能的底层传感技术

    机器依靠摄像头来捕捉现实世界的影像。传统的RGB摄像头仅能获取场景中的色彩信息,无法架构现实实物的三维模型,这对需要感知和重现现实世界的机器来说一无是处。3D感知硬件的作用,就是在RGB的基础上增加Depth这一深度信息。AI与3D传感的结合让机器真正具备了感知三维世界的能力,它可以将现实世界的物体进行数字化建模,让机器实现正确的物体重现,并做出合适的反应。

    现阶段,3D传感技术在消费电子领域的应用逐渐走向成熟,但在其他场景的应用需要还更多的时间。而毋庸置疑的是,3D传感技术的发展和普及将是下一代技术革命的基石。


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